上次我們簡單介紹了TCP/IP模型，它包括五層（也可以叫四層），今天我們具體的看下物理層和資料鏈路層。

物理層

1. 物理層的功能

根據所使用的傳輸介質不同，制定不同的物理層協議，規定資料的編碼方式，傳輸速率，相關的通訊引數。

2. 物理層的傳輸介質

（1）同軸電纜

早期的Ethernet是建立在同軸電纜的基礎上的，現在已被替代。

（2）雙絞線

雙絞線是區域網中最常用的傳輸介質。

（3）光纖

光纖是應用前景最好的一種，光纖的纖芯是直徑為8~100微米的柔軟的，能傳導光波的玻璃或塑料，其中用超高純度石英玻璃纖維製作的纖芯傳輸損耗較低。

3. 物理層的協議

（1）點點通訊線路的物理協議

點—點傳輸介質連線著兩個相鄰通訊主機的物理層，主機A若想與主機B通訊，必須先將資料傳輸給路由器A，再由路由器A傳輸給主機B，而主機A不能直接將資料傳輸給主機B。

（2）廣播通訊線路的物理協議

廣播通訊線路的一條公共通訊線路可以連線多個主機。在Ethernet中，如針對非遮蔽雙絞線的10base-2、10base-5等。

4. 資料通訊的方式

（1）單工通訊

單工通訊是指在只能由主機A向主機B傳送資料。訊號只能朝一個方向傳輸。

（2）半雙工通訊

訊號可以兩個方向傳輸，但是必須交替進行，一個時間只能向一個方向傳輸。

（3）全雙工通訊

訊號可以兩個方向傳輸，雙方可以同時向對方傳送資料。

5. 資料的編碼方式

（1）曼徹斯特編碼

    規則

  （1）每位元的週期T分為前T/2和後T/2；

  （2）前T/2傳送該位元的反碼；

  （3）後T/2傳送該位元的原碼；

（2）差分曼徹斯特編碼

    規則

  （1）每位元的中間跳變僅做同步使用；

  （2）每位元的值根據其開始邊界是否跳變來決定；

  （3）每位元開始處如果發生電平跳變，則表示傳輸二進位制‘0’，否則，表示傳輸二進位制‘1’。

總結：

物理層的實現是基於硬體的基礎上的，物理層傳輸資料是位元流，傳輸資料時一個位元位一個位元位的傳輸。

物理層沒有差錯控制，不能保證傳輸資料的正確性。

資料鏈路層

1. 資料鏈路層的功能

（1）鏈路管理

收發雙方在資料通訊時，需要建立資料鏈路連線；在資料傳輸過程中要維護資料鏈路；當通訊結束時，要釋放資料鏈路。資料鏈路管理功能包括資料鏈路的連線，維護與釋放。

（2）幀同步

資料鏈路層的資料傳輸單元是幀，幀同步是指接收端要在收到的位元流中正確判斷一幀的開始位與結束位。

（3）流量控制

傳送端傳送資料超過物理線路的傳輸能力或超過接收端的幀接收能力時，就會造成網路擁塞；為了防止網路擁塞，必須具有流量控制功能。

（4）差錯控制

由於物理層傳輸資料是沒有差錯檢測的，使有差錯的物理線路變成無差錯的資料鏈路，資料鏈路層必須有差錯控制。

（5）透明傳輸

資料鏈路層必須保證傳送的二進位制位元序列是任意的組合，利用“ 0位元插入/刪除”方法。

（6）定址

資料鏈路層要保證每一幀都能傳送到正確的接收端。

2. 差錯產生的原因和型別

原因

在物理層通過傳輸介質傳輸資料時，需要將資料轉化為0/1訊號傳輸，會受到噪聲的影響，導致在取樣資料時有誤差，存在差錯。

型別

噪聲分為熱噪聲和衝擊噪聲，熱噪聲引起的差錯為隨機差錯；衝擊噪聲引起的差錯為突發差錯。

3. 差錯控制方法

（1）奇偶校驗碼

奇偶校驗分為垂直奇偶校驗，水平奇偶檢驗，水平垂直奇偶校驗；

奇偶校驗的方式簡單，但檢錯能力較差，一般只用於通訊要求較低的環境。

（2）迴圈冗餘編碼（CRC）

   應用最廣泛的檢錯碼編碼。

4. 資料鏈路層協議

（1）HDLC（高階資料鏈路控制）協議

HDLC幀結構

（2）PPP（Point-to-Point Procotol）—點點協議

PPP協議幀結構

PPP幀頭包括以下欄位：

（1）標誌（flag）欄位

標誌欄位長度為一個位元組，通常二進位制序列為“01111110”，即16進位制“0X7E”，表示幀的開始和結束。

（2）地址（address）欄位

PPP協議只用於點—點鏈路，因此地址欄位規定取值為“11111111”（0XFF）。

（3）控制（control）欄位

控制欄位長度為1個位元組，規定取值為“00000011”（0X03）.

（4）協議（procotol）欄位

協議欄位為2個位元組，對應的三種類型幀的協議欄位值為：

0X0021——表示PPP幀的資訊欄位是IP分組資料；

0XC021——表示資訊欄位是PPP的LCP資料幀；

0X8021——表示資訊欄位是PPP幀的NCP資料幀。

（5）資訊欄位

資訊欄位長度可變，最長為1500位元組。

（3）PPP協議的位元組填充規則

 PPP協議可以用於非同步通訊，也可以用於同步通訊。

  PPP協議用於非同步通訊

在資訊欄位中出現的每一個“0X7E”位元組，要轉換為雙位元組“0X7D 0X5E”。

在資訊欄位中出現的每一個“0X7D”位元組，要轉換為雙位元組”0X7D 0X5D“。

PPP協議用於同步通訊

當PPP協議用於同步通訊時，採用”0位元插入/刪除“方法。

（4）資料鏈路請求

LCP配置請求包括鏈路最大幀長度，鏈路認證協議。

鏈路認證協議

1. PAP（口令認證協議）

PAP協議是不安全的一種協議，只需要經歷兩次握手，而且允許使用者多次輸入使用者與口令。

2. CHAP（查詢—握手認證協議）

CHAP的三次握手如下：

第一次握手：ISP（伺服器端）向用戶端傳送一個查詢應答LCP幀，幀中包括用於資料簽名的隨機數。

第二次握手：使用者端向ISP端傳送用隨機數與MD５演算法加密後的使用者名稱與口令。

第三次握手：ISP端用同樣的隨機數與MD5演算法解密後，與儲存的使用者名稱與口令比較，相同則認為是合法使用者，不同則認為是非法使用者。